En vigtig fase i den termiske behandling af metaller er afkøling, som indebærer hurtig afkøling af en metalgenstand for at opnå eller ændre egenskaber som hårdhed, styrke eller sejhed.

Hurtig afkøling reducerer metallets eksponeringstid for høje temperaturer og beskytter det mod fejl. Desuden kan metal undergå ændringer afhængigt af påføringsmetoden og medierne.

Luft, olie, vand og saltvand er nogle få typiske slukningsmidler.

Olie er meget udbredt til afkøling, fordi det hurtigt overfører varme uden at forvride metallet væsentligt. Selv om vandbaserede ætsende afkølingsmidler er hurtigere, kan den kraft, hvormed de virker, få nogle materialer til at splintre eller forvride sig.

Forskellen mellem olie og vand er det vigtigste punkt, der skal diskuteres i denne artikel.

Hvad er slukningsprocessen?

Afkøling er en hurtig afkølingsproces, der resulterer i hærdning af materialer. Afkølingshastigheden afhænger af materialets kvalitet, anvendelse og sammensætningen af legeringskomponenterne. Desuden har flere egenskaber ved afkølingsmediet også indflydelse på den.

Teoretisk set opvarmes et metal- eller glasmateriale før nedkøling til over dets standardtemperatur. Derefter afkøles det hurtigt for at fjerne varmen med det samme. Det hjælper med at ændre de egenskaber i materialets krystallinske struktur, der går tabt under opvarmningen.

For at gøre metal eller glas hårdere og stivere som genstand, afkøler vi dem ofte. En genstands afkølingstemperatur bør altid være over genstandens rekrystalliseringstemperatur, men under dens smeltetemperatur.

Stadier i slukningsprocessen

To personer arbejder omkring stålsmeltebassinet

Der er typisk tre stadier af afkøling, der opstår, når et varmt emne kommer tættere på den flydende afkølingsmiddel. Disse stadier definerer ændringen i afkølingsmidlets og materialets egenskaber. De tre trin er:

• Damptrin
• Kernekogningstrin
• Konvektionstrin

Lad os nu gennemgå dem i dybden.

Damptrin

Fordampningsfasen kommer i spil, når komponentens varme overflade kommer i første kontakt med den flydende quenchant. Det resulterer i en dampformig skjolddannelse omkring elementet. Ledning forekommer i et vist omfang i dampfasen.

Den primære varmetransport i denne fase er imidlertid stråling gennem damptæppet, og det dannede tæppe er relativt stabilt.

Den eneste måde, hvorpå man kan fremskynde fjernelsen, er ved omrøring eller ved tilsætning af forskellige tilsætningsstoffer. Desuden er det at foretrække, at denne fase er så kort som muligt.

Årsagen er, at det bidrager væsentligt til de bløde områder, der opstår under afkøling. Derfor kan der udvikles uønskede mikrobestanddele, hvis de får lov til at fortsætte.

Kernekogningstrin

Det er den anden fase efter dampfasen. Den begynder, når væsken tættere på materialets overflade begynder at koge, og dampfasen begynder at kollapse. Det er den hurtigste fase af afkøling af den pågældende komponent.

På grund af varmeoverførslen fra den opvarmede overflade og den efterfølgende absorption i den flydende slukningsvæske er der mulighed for en betydelig varmeudvinding. Det gør det muligt for den afkølede væske at tage plads på overfladen.

Flere slukningsmidler indeholder tilsætningsstoffer, der øger væskens maksimale kølehastighed. Kogeprocessen ophører, når komponentens overfladetemperatur falder under væskens kogepunkt.

For de komponenter, der er tilbøjelige til at forvrænge sig, giver medier som højtemperaturolier og -salte gode resultater, da materialerne ellers kan blive skøre og hurtigt beskadiges under de ønskede anvendelser.

Konvektiv fase

Konvektion er det sidste trin i processen. Det sker, når materialet når en temperatur, der er lavere end kølemidlets kogepunkt. Konvektionsfasen omfatter varmeoverførsel gennem bulkvæsken, og dens udgangspunkt er ledning.

Det er den langsomste fase, fordi det tager lang tid for varmeoverførslen at nå ud til alle molekylerne i bulken. Styring af varmeudledning gennem konvektion involverer mange variabler, herunder den specifikke varme i kølemidlet og dets varmeledningsevne.

Temperaturforskellen mellem kølemidlet og materialet kan påvirke konvektionsprocessen. Normalt sker det meste af forvrængningen på dette punkt.

Ovenstående tre afkølingstrin finder sted i rækkefølge på et bestemt sted. Afhængigt af emnets geometri og omrøring vil forskellige områder dog starte de forskellige faser på forskellige tidspunkter.

De tre faser i slukningsprocessen

Slukningsmedier

Afkøling sker gennem et hvilket som helst medie, og nedenfor er der en liste over 4 forskellige medier. Hvert medie har fordele og ulemper, afhængigt af dets egenskaber, kontaktelementer, tid, varmeoverførselslove og relationer.

1. Luft: Anvendelse af en almindelig omgivelsestemperatur til afkøling af det opvarmede materiale
2. Saltlage: En opløsning af salt og vand er det hurtigste afkølingsmiddel ved nedkøling.
3. Olie: Et pålideligt og hurtigere slukningsalternativ til luft.
4. Vand: Hurtigere end luft eller olie til at slukke væsker.

Selv om litteraturen indeholder mange oplysninger om de ovennævnte medier, vil vi undersøge de to vigtigste af dem, olie og vand.

Slukning af vand

Vand har den egenskab, at det afkøler materialet hurtigere end olie og luft, så afkøling med vand er en hurtig proces.

• Saltvandsafkølingsproceduren har en betydeligt hårdere reaktion ved afkøling end nogen anden, og vand er den mest effektive metode.
• Før denne proces skal vandet have stuetemperatur eller den ønskede temperatur, hvorefter det opvarmede materiale, når det kommer i kølevand, skifter fase i henhold til de forskellige stadier.
• Resultaterne kommer hurtigere ved vandafkøling. En anden fordel er, at det er en hurtig afkølingsmetode. Derfor er det den billigste metode, både hvad angår penge og tid. Men det hurtige resultat har naturligvis også betydelige ulemper.
• Ulempen ved denne hurtige eller øjeblikkelige hastighed er, at slutprodukterne er stive, skøre og let knækkelige. Det afblødte materiale kan betegnes som værende enten af god eller dårlig kvalitet.
• Vandafkøling er en god mulighed ved hærdning af stål. Årsagen er, at stål har en unik måde at køle på, som kan opnås ved hjælp af vand. Det forkullede stål opvarmes til over dets rekrystalliseringstemperatur.
• Ved straks at afkøle stålet forhindrer vandafkøling, at stålet smelter på dette tidspunkt, hvor det ellers ville smelte, hvis det ikke blev stoppet. Derfor er vandafkøling mere egnet til stål end de andre medier.

Olieafkøling

En af de mest populære afbødningsteknikker i sektoren for metalaffald er olieafkogning. Den optimale metode til hærdning af metallegeringer giver dem den nødvendige hårdhed og styrke uden at de bliver stive og skøre under processen.

At vælge olieafkøling har flere fordele, men den vigtigste er, at det varmer langsommere op end andre afkølingsmedier og afkøles i længere tid, hvilket giver det opvarmede materiale større stabilitet og hærdningstid.

Desuden garanterer dette, at det nedkølede materiale ikke bliver alt for skørt og holder perfekt. Derfor er det at foretrække frem for vand-, luft- eller saltvandsmetoder, fordi det mindsker muligheden for, at det nedkølede metals krop forvrænges eller knækker.

Afkøling er en hurtig afkølingsproces

Forskellen mellem vand- og olieafkøling

Vand og olie er to forskellige typer medier. Begge er forskellige i nogle henseender og opfører sig forskelligt ved afkøling. Tabellen nedenfor giver et overblik over forskellene mellem de to medier.

Vandafkøling vs. olieafkøling

Konklusion

• En hurtig afkølingsprocedure, der kaldes nedkøling, får materialerne til at hærde. Stålkvaliteter, anvendelser og legeringskomponenternes sammensætning har alle indflydelse på nedkølingshastigheden.
• Den hastighed, hvormed et stof afkøles, afhænger også af afkølingsmidlets egenskaber. Denne artikel har fremhævet olie- og vandmedier. Begge er unikke i forhold til forskellige anvendelser.
• Olie er godt til afkøling, fordi det hurtigt overfører varme uden at ændre metallet. Selv om vandbaserede kaustiske afkølingsmidler er hurtigere, kan den kraft, hvormed de virker, potentielt ødelægge eller forvrænge nogle materialer.